Dans la technologie laser en évolution rapide d'aujourd'hui, les lasers à semi-conducteurs et les lasers de fibres comme deux produits laser traditionnels, chacun dans la production industrielle, la recherche scientifique, les applications militaires et d'autres domaines pour montrer le charme et les avantages uniques.
Premièrement, le principe technique et les différences de performance
① Gain Medium
Le laser en fibre (laser en fibre) est utilisé comme milieu de gain de fibre de verre dopé à l'élément de terre rare. Sous l'action de la lumière de la pompe, une densité de puissance élevée se forme dans la fibre, entraînant l'inversion du nombre de particules dans le niveau d'énergie du laser, et génére des oscillations laser à travers la boucle de rétroaction positive de la cavité résonante. Les lasers de fibres sont compacts, ne nécessitent pas de systèmes de refroidissement complexes et la flexibilité de la fibre le rend plus avantageux dans les applications de traitement spatial multidimensionnelles.
Au cœur d'un laser de fibre se trouve la fibre optique, un filament en verre ou en plastique flexible et mince des cheveux connus pour sa capacité à orienter la lumière sur de longues distances avec une perte minimale. Cette fibre agit comme le milieu de gain actif pour le laser et est au cœur de son fonctionnement. Cependant, contrairement aux fibres en verre ou en plastique non utilisées dans les télécommunications, les fibres dans les lasers de fibres sont dopées avec des éléments de terres rares tels que l'erbium ou le ytterbium. Ce dopage introduit les états d'énergie nécessaires pour que le laser fonctionne, permettant à la fibre non seulement d'acheter la lumière, mais aussi de l'amplifier.
Les lasers à l'état solide (SSL) sont centrés sur leur milieu de gain unique, un matériau solide et se composent généralement de quatre composants principaux: le milieu de gain, le système de refroidissement, la cavité résonante optique et la source de pompe. Le milieu de gain, comme le rubis (Cr: al₂o₃) ou le grenat à aluminium yttrium-aluminium dopé au néodyme (ND: YAG), est l'âme du laser à l'état solide, et les ions d'activation dopés à l'intérieur (par exemple, ND³⁺) sont utilisés pour inverser le nombre de particules dans la lumière de pompage pour générer la lumière laser. Le système de refroidissement est responsable de l'élimination de la chaleur accumulée à l'intérieur du milieu de gain en raison de la génération du laser et d'assurer un fonctionnement stable du laser. La cavité du résonateur optique crée une oscillation continue à travers la rétroaction positive des photons pour produire un faisceau laser hautement monochromatique et hautement directionnel.
② Performance et efficacité
Les lasers en fibre sont connus pour leur excellente efficacité électrique, grâce à la nature des câbles de fibre optique qui mènent la lumière avec une perte minimale. Cette caractéristique permet aux lasers de fibres d'être incroyablement économes en énergie, ce qui réalise souvent des efficacités supérieures à 30%.
Les lasers à l'état solide sont généralement moins efficaces, ce qui peut être attribué aux pertes plus élevées de leur milieu de gain plus volumineux et au besoin de lampes à haute intensité pour le pompage.
Qualité du faisceau: affecte directement l'efficacité du laser dans les applications de précision.
Le fonctionnement à mode unique des lasers en fibre offre une qualité de faisceau de route incroyable, caractérisée par une concentration serrée et une divergence minimale.
Les lasers à l'état solide, bien que capables de fournir des faisceaux de haute qualité, ont souvent du mal à faire correspondre la qualité des lasers en fibre, en particulier à des niveaux de puissance plus élevés.
Malgré leur efficacité inférieure et leur qualité de faisceau, les lasers à l'état solide ne sont pas sans avantages. Ils ont des capacités de mise à l'échelle de puissance robustes qui les rendent bien adaptées aux applications à haute puissance. Les lasers à semi-conducteurs peuvent être conçus pour produire des niveaux de puissance incroyablement élevés en augmentant la taille du milieu de gain et la puissance de la pompe, ce qui n'est pas si simple pour les lasers de fibres en raison de la taille des fibres et des limitations de dissipation thermique.
④ Stabilité
Les lasers en fibre sont très stables. Sa structure de fibres est insensible aux changements de l'environnement (par exemple, la température, l'humidité, les vibrations, etc.), et est capable de maintenir une condition de travail stable dans des environnements plus sévères. Dans le même temps, les lasers en fibre sont considérés comme plus durables et adaptables aux changements environnementaux car ils ont une structure à l'état solide et ne contiennent pas de composants optiques en espace libre.
Les lasers à l'état solide sont relativement instables et les changements dans les facteurs environnementaux peuvent avoir un impact plus important sur leurs performances.
⑤ Performance de dissipation de la heur
Les lasers en fibre ont d'excellentes performances de dissipation thermique. Son milieu de gain est la fibre optique, qui a un grand rapport surface / volume, et la chaleur peut être émise rapidement, de sorte qu'elle peut fonctionner de manière stable pendant longtemps et résister à une puissance élevée.
Les lasers à l'état solide sont relativement difficiles à dissiper la chaleur et sont sujets à des problèmes d'effet thermique pendant le fonctionnement à haute puissance, affectant les performances et la durée de vie du laser.
Les coûts de taille et de maintenance
Les lasers en fibre sont très compacts et nécessitent peu d'entretien. La petite taille de la fibre et l'absence de miroirs externes réduisent considérablement les problèmes d'alignement associés aux lasers à l'état solide. De plus, l'excellente capacité de la fibre à dissiper la chaleur élimine souvent le besoin de refroidissement actif, réduisant davantage les exigences de maintenance. De plus, les lasers de fibres sont généralement plus sûrs à fonctionner car le laser est confiné dans la fibre, ce qui réduit le risque d'exposition accidentelle.
L'alignement des miroirs dans les lasers à l'état solide est essentiel à leur fonctionnement et nécessite une vérification et un ajustement périodiques, ce qui augmente les efforts de maintenance. De plus, les lasers à l'état solide nécessitent généralement un refroidissement actif pour gérer la chaleur générée dans le milieu de gain, ce qui ajoute non seulement à la complexité du système, mais augmente également les exigences de maintenance. Les lasers à l'état solide ont tendance à être plus grands que les lasers en fibre. Le besoin de miroirs intermédiaires et externes à gain important augmente leur taille et leur poids, limitant leur aptitude aux applications limitées dans l'espace.
Deuxièmement, les zones d'application
Les lasers de fibres brillent dans le domaine de la coupe industrielle et du soudage avec leur puissance élevée, leur qualité de route, leur bonne dissipation de chaleur et leur stabilité. Les lasers en fibre conviennent particulièrement à la coupe et au soudage de plaques épaisses de matériaux métalliques, et leur efficacité de conversion électro-optique élevée et leur conception sans réglage, sans entretien réduisent considérablement les coûts d'utilisation et de maintenance. Dans le même temps, la tolérance élevée du laser en fibre pour les environnements de travail durs, tels que la poussière, les vibrations, l'humidité, etc., le fait également bien fonctionner dans toutes sortes de sites industriels. Les lasers continus ont un degré élevé de pénétration dans le domaine du macro-traitement, où ils ont progressivement remplacé les méthodes de traitement traditionnelles.
Les lasers à l'état solide sont uniques dans le domaine du traitement ultra-précis et ultra-micro avec leur puissance de pointe élevée, leur grande énergie d'impulsion et leur sortie laser à longueur d'onde courte (par exemple vert, UV). Dans des processus tels que le marquage, la coupe, le forage et le soudage de matériaux métalliques / non métalliques, les lasers à l'état solide sont capables d'obtenir une précision de traitement plus élevée et une applicabilité plus large des matériaux. En particulier dans le soudage à haute précision des matériaux non métalliques et l'impression 3D légers, les lasers à semi-conducteurs sont devenus l'équipement de choix en raison de leurs lasers à longueur d'onde avec de petits effets thermiques et une précision élevée de traitement. Les lasers à l'état solide sont principalement utilisés dans le domaine de la micromachinage de précision des matériaux non métalliques et des matériaux métalliques minces, cassants et autres en raison de leurs courtes longueurs d'onde (ultraviolets, ultraviolets profonds), de courtes largeurs d'impulsions (picosecondes, fémtosecondes) et de puissance de pointe élevée. De plus, les lasers à l'état solide sont largement utilisés dans la recherche scientifique de pointe dans les champs environnementaux, médicaux et militaires.
Troisièmement, part de marché
La Chine est en cours de transformation et de mise à niveau de l'industrie manufacturière de la fabrication bas de gamme à la fabrication haut de gamme, la proportion de fabrication bas de gamme est élevée, et le marché du macro-traitement couvre à la fois la fabrication bas de gamme et une partie de la fabrication haut de gamme, et la demande du marché est importante, par conséquent, la capacité de marché des lasers en fibre est grande.
Le degré de localisation laser à fibres de moyens et faibles puissants est des fabricants de production à l'échelle intérieure élevés. Selon le "Rapport de développement de l'industrie du laser chinois" montre que le laser de fibres à faible puissance a pleinement réalisé la substitution intérieure; laser à fibres continues à puissance moyenne, la qualité intérieure et ce n'est pas un désavantage évident, l'avantage du prix est évident, la part de marché est équivalente; Laser à fibres continues haute puissance, les marques nationales ont réalisé certaines ventes.
En ce qui concerne les lasers à l'état solide, en raison du développement tardif du pays, il n'y a pas d'entreprises cotées avec ce produit comme principale activité, achètent généralement des marques étrangères.
Les lasers en fibre sont principalement utilisés dans le domaine du macro-traitement en raison de leur puissance de sortie élevée (le macro-traitement du laser se réfère généralement au traitement des dimensions et des formes où le faisceau laser affecte l'objet de traitement dans la plage de millimètres); Les lasers à semi-conducteurs sont largement utilisés dans le domaine du microprocessement (le microprocessement fait généralement référence au traitement des dimensions et des formes où la précision atteint le micromètre ou même le niveau nanométrique) en vertu de leurs courtes longueurs d'onde, des largeurs d'impulsions étroites, de la puissance de pointe et d'autres avantages, l'utilisateur de lasers à l'état solide et de lasers en fibre présente certaines différences.
D'une manière générale, les lasers solides et les lasers en fibre ont leurs propres domaines d'application. Les deux n'ont pas de concurrence directe dans la plupart des champs, dans le domaine du chevauchement de micromachinage dans le domaine du traitement des matériaux métalliques, dans le métal à une certaine épaisseur du boîtier en raison de raisons de coût, le champ utilise généralement la voie traditionnelle ou les lasers en fibre, uniquement dans l'épaisseur des métaux des lasers minces ou le traitement des exigences de la scène n'est pas sensible au coût de l'utilisation des lasers à l'état solide. De plus, le degré de concurrence entre les deux chevauchements est des lasers à l'état solide bas est principalement utilisé dans le traitement des matériaux non métalliques (verre, céramique, plastiques, polymères, emballages, autres matériaux cassants, etc.), et dans le domaine des matériaux métalliques dans les scénarios qui nécessitent une précision élevée et sont relativement insensibles au coût.
